臨興地區砂巖含氣特征及其主控因素

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(山東科技大學 地球科學與工程學院，山東 青島266590)

臨興地區砂巖含氣特征及其主控因素

李夏，林玉祥，趙承錦，邢永生，舒永

(山東科技大學 地球科學與工程學院，山東 青島266590)

鄂爾多斯盆地東緣臨興地區致密砂巖氣資源豐富。為了明確該區砂巖含氣量的主要控制因素，針對砂巖孔隙度、含氣飽和度、砂巖埋深、蓋層排替壓力、泥質含量、儲層壓力等6個影響因素，采用灰色關聯分析法進行統計分析。結果顯示：臨興地區砂巖含氣量影響因素與含氣量之間的關聯度變化在0.245 2～0.788 8，表明上述影響因素對含氣量均有一定程度影響；其中砂巖孔隙度與含氣量之間的關聯度最大(0.788 8)，其次為含氣飽和度(關聯度0.577 9)，表明該區砂巖含氣量主要受砂巖孔隙度和砂巖含氣飽和度的影響。據此優選出3個天然氣成藏有利區：趙家坪鄉LX4-LX7井區、圪垯上鄉LX2-LX8以西區域和兔坂鎮LX1-TB05周邊區域。

主控因素；砂巖含氣量；灰色關聯分析；臨興地區；鄂爾多斯盆地東緣

含煤地層生成的烴類氣體，除一部分被煤巖本身吸附形成煤層氣以外，大部分運移出來，或溶于水形成水溶氣，或游離于儲層的儲集空間形成常規氣藏[1-4]。非常規天然氣勘探開發已受到國內外學者的高度關注[5]，在鄂爾多斯盆地、沁水盆地、渤海灣盆地均已發現上述古生界含煤地層為烴源巖的游離氣藏，含煤地層游離氣理論的發展已使其成為我國天然氣勘探研究的重要領域。臨興地區位于鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶的北部(圖1)，在二疊紀含煤地層中已有多口探井鉆遇致密砂巖氣層，太原組及下石盒子組致密砂巖氣層測試均見工業氣流[6]。臨興地區致密砂巖天然氣勘探程度較低，目前對于其砂巖氣藏分布規律及主控因素尚不明確。本文引入灰色關聯分析法實現了對砂巖含氣量影響因素的定量評價，明確了主控因素，并據此劃分了該區砂巖氣藏勘探有利區，對該區致密砂巖氣成藏機理與模式的建立具有重要的參考價值。

圖1 臨興地區地質綜合圖Fig.1 Comprehensive geological map of Linxing area

1 成藏地質背景

臨興地區構造相對簡單，總體為西傾單斜，局部有低幅度構造，東側中部受紫金山構造巖漿作用形成隆起區，斷裂發育，呈環形放射狀展布(圖1)。研究區繼承了鄂爾多斯盆地的構造演化特征[7]，中晚元古代―古生代處于相對隆起狀態，構造平緩；中晚寒武世、早奧陶世、晚石炭世及早二疊世發育海陸過渡相-陸相沉積物[8-10]；中生代侏羅紀末隆起，與華北地臺分離，形成鄂爾多斯盆地東部邊緣，其中晉西撓褶帶成形于燕山運動時期[11]。

鉆井及野外露頭揭示，研究區晚古生代地層自上而下依次為：上二疊統石千峰組、中二疊統石盒子組、下二疊統山西組和太原組、上石炭統本溪組，基底為中奧陶統馬家溝組。其中區內的上石炭統和下二疊統為主要煤系地層，地層從東向西埋深逐漸加大，至區塊西南側埋深大于2 000 m。區內含煤地層主要發育于海陸過渡相沉積環境，其中，山西組發育于曲流河三角洲相，巖性以深灰色至灰黑色泥巖、炭質泥巖、煤層以及淺灰色、灰色砂巖夾少量灰巖和粉砂質泥巖為主[12]；本溪組―太原組發育潮坪相，巖性以砂泥巖為主，夾有泥灰巖和薄煤層，太原組下部發育穩定煤層。晚三疊世末期該區為第1個成藏期，含煤地層烴源巖生成的天然氣進入砂體后進行側向運移，聚集在煤系砂巖中，聚集層位主要為太原組和山西組；晚侏羅世到早白堊世，大規模生氣、運聚過程開始，天然氣通過斷裂、裂隙向上運移，進入下石盒子組、上石盒子組和石千峰組；晚白堊世以來持續抬升，原先形成的氣藏進一步調整、逸散，形成現今的天然氣分布狀態。

2 砂巖含氣特征

LX-3井位于紫金山鼻狀構造部位，通過測井解釋與砂巖含氣量計算發現，LX-3井僅在本溪組存在兩層薄氣層，含氣量分別為3.06和4.58 m3/t，太原組―石千峰組的砂體儲層中幾乎全為水層和干層，含水飽和度多在80%以上，部分接近100%。同樣地，在LX13、LX14、LX22等井區也發現類似情況，以上結果表明，臨興地區存在一個繞紫金山巖體呈環狀的低含氣-不含氣帶(圖2)。

盒八段砂巖含氣帶在平面上繞紫金山巖體附近，砂巖含氣量小于0.5 m3/t(圖2(a))，向西向北逐漸增大，總體規律是西高東低，北高南低。除賀家會和紫金山鼻狀隆起外，其他地區含氣量均在2.5 m3/t以上，LX4井附近含氣量最大，最高可達6 m3/t以上。

山一段砂巖含氣量依然是繼承盒八段的“西高東低、北高南低”的分布規律(圖2(b))，砂巖含氣量在平面上繞紫金山巖體呈環帶狀分布，靠近紫金山的含氣量小于0.5 m3/t，向四周逐漸增大。蔡家會以南的地區含氣量低于北部地區，砂巖含氣量較低的地區分布在LX5-LX2-LX1以東地區，LX9、LX20、LX22-LX23以東的地區為含氣量的高值區。

山二段砂巖含氣量整體較低(圖2(c))，大部分地區的砂巖含氣量在2.5 m3/t以下，僅在北部地區趙家坪附近含氣量較大，最大可達4.0 m3/t。

太二段砂巖含氣量(圖2(d))分布除了靠近東部邊界小于0.5 m3/t之外，西北部地區含氣量整體較高，平均含氣量大于 2.5 m3/t，局部地區可達6.5 m3/t，南部LX7附近也存在一個含氣中心，含氣量大于5.0 m3/t，但整體上，北部高含氣面積要大于南部。

因此，各層段的含氣量分布規律為：①由于受到東部紫金山巖體的底辟和烘烤作用，含氣量分布呈環繞紫金山巖體帶狀展布特征，靠近東部邊界存在含氣量小于0.5 m3/t的區域；②臨興地區北部砂巖氣含量高于南部，工區西部砂巖含氣量高于東部，整體上呈現“北高南低、西高東低”的分布規律；③東部賀家會和紫金山鼻狀構造帶受巖漿底辟和通天正斷裂破壞作用，含氣性較差，北部趙家坪地區各層段砂巖含氣量均較高。

3 成藏主控因素

灰色關聯分析應用廣泛，常用來分析影響系統主行為的作用因素，根據各因素之間發展態勢的相似或相異程度來衡量因素之間的關聯程度[13-15]。砂巖含氣量是一個受到多種因素影響的參數，既有已知的，也有未知的。這些影響因素是一個系統變化的過程，共同組成了砂巖含氣量的灰色系統。在單因素分析的基礎上，選取砂巖埋深、孔隙度、含氣飽和度、泥質含量、蓋層排替壓力和儲層壓力等線性相關系數>0.1的6個因素作為影響砂巖含氣量灰色系統的子因素，并選取臨興地區19口井作為樣本。

采用灰色關聯法進行分析[16]，選取盒8、山1、山2、太2段砂巖含氣量數據作為參考序列，將影響砂巖含氣量的各個因素的數據組成比較序列，采用極差變換的方法對原始數據進行歸一化處理，然后求取砂巖含氣量各影響因素與含氣量在不同取樣點的關聯系數(表1)。取分辨系數ρ=0.05[17]，得到各影響因素與含氣量的關聯度和關聯序(表2)。

由表2可以看出，臨興地區石炭―二疊系砂巖含氣量影響因素與含氣量之間的關聯度為0.245 2～0.788 8，關聯度均大于0.2，表明上述定量分析所選取的地質因素對含氣量均有一定程度的影響；其中，影響含氣量的主要因素為砂巖孔隙度；其次為含氣飽和度；儲層埋深與含氣量的關聯度也較高，可能是計算砂巖含氣量是采用將地下含氣量轉換到地表之上、再利用灰色關聯法分析所導致的結果；再次，蓋層排替壓力關聯度為0.427 2，說明蓋層保存條件對于砂巖的含氣量也有一定程度影響，排替壓力越大，氣體越難逸散，相同條件下含氣量越高。從以上主控因素分析結果來看，該區砂巖含氣量主要受儲層控制，其次受蓋層控制。而深層太原組—下石盒子組氣層分布主要受儲層控制；中淺層上石盒子組—石千峰組和三疊系氣層主要受儲層和斷層雙重控制[18]，與沁水盆地煤層氣與砂巖氣共生成藏的情況有所不同[19]。

圖2 臨興地區主要砂巖含氣量等值線圖Fig.2 Contour map of gas content of the main sandstones in Linxing area

井號D/mH/mVsh/%φ/%Sg/%P/MPaPa/MPaC/(m3/t)井號D/mH/mVsh/%φ/%Sg/%P/MPaPa/MPaC/(m3/t)LX?11．0921．0481．0611．0331．0631．0331．0041．092LX?71．1381．4343．7360．9880．8341．3773．1841．045LX?40．9043．9222．5642．7541．1431．3081．8712．376LX?100．9471．2132．5081．0630．7671．3310．7790．829LX?50．9414．0162．5301．1190．9630．9601．7761．076LX?151．0802．1226．4000．7460．4521．2771．6270．108LX?60．9854．5471．8501．5250．8650．9990．7341．327LX?171．0062．5773．7450．9801．2321．2142．5540．834LX?71．0463．1552．6471．5110．4201．2882．0061．439LX?181．0246．1855．4021．1481．0111．1031．7461．018LX?91．0124．3240．0211．7571．2181．0292．3821．614LX?11．1662．5771．4851．0920．7721．1521．7421．139LX?100．85710．2583．0122．0421．0521．3890．5201．705LX?21．0506．1382．7200．4370．4931．0780．6090．754LX?121．0923．6210．7281．6851．1291．2231．0711．697LX?41．08211．2322．2071．6891．2882．3103．2311．757LX?150．8907．9733．4931．6611．0020．8722．7201．470LX?71．1131．4041．4921．7111．2081．2231．6611．874LX?170．9611．6232．0811．1901．3260．9940．9861．137LX?81．0545．7334．7600．2410．5340．9841．5631．070LX?180．9864．4272．1332．1290．8540．8293．5121．961LX?91．1310．8656．1160．2310．3430．8621．2770．649LX?281．0173．3941．9132．0501．3401．2462．2012．037LX?100．9232．2780．8611．8191．2371．3070．9361．333LX?40．9474．2242．0181．4190．9991．8842．4411．326LX?121．1597．1715．6420．2310．3211．1570．9570．221LX?60．9811．5163．0800．9731．0461．1170．9570．865LX?131．1495．7666．3900．1750．1741．2171．9870．189LX?71．0721．5194．1480．9230．5501．3682．6330．827LX?151．2104．0923．1591．5110．2230．8962．0261．546LX?91．0302．2631．5791．4411．4821．1242．5011．622LX?171．10210．1823．9860．8070．3431．4742．9811．802LX?100．9271．8101．4591．2820．9791．4951．4691．131LX?201．0112．5951．0630．8200．7791．2090．7620．786LX?150．9456．9206．5500．5740．5701．3601．0270．324LX?211．2091．6594．3920．1160．1740．9391．4500．379LX?171．0274．9920．9201．0691．2831．1823．0441．094LX?221．0814．5243．7650．2180．4761．6482．8450．754LX?181．0074．1321．6522．4661．1441．1752．2782．496LX?261．1491．6702．0291．6381．0801．3382．3301．834LX?220．9457．9690．9412．0651．1180．9682．3821．989LX?281．1062．8831．4291．3921．3591．4793．3251．333LX?281．0788．4885．4580．5611．1411．4472．4520．226LX?1011．0724．7222．9902．8651．2451．3843．0442．392LX?21．1001．2480．1371．0171．0630．9180．6251．053LX?1031．0137．1711．9371．2070．9031．3962．9762．028LX?40．9912．4145．5220．3650．5661．3581．4840．258LX?1051．0978．4881．4700．8980．8401．3532．9962．145LX?50．9312．3061．0121．4530．9910．9653．1651．482

注：D-砂巖埋深，H-孔隙度，Vsh-泥質含量，φ-孔隙度，Sg-含氣飽和度，P-蓋層排替壓力，Pa-儲層壓力。

表2 臨興地區砂巖含氣量與其影響因素之間的關聯度與關聯序

4 有利區預測

上述研究表明，砂巖儲層的孔隙度和含氣飽和度是該區致密砂巖含氣量的主控因素。因此，對該區砂巖成藏有利區進行評價時主要考慮砂巖孔隙度和含氣飽和度兩個因素。將砂巖儲層孔隙度相對較大(圖3)及含氣飽和度較高(圖4)的區域，劃分為該區砂巖游離氣藏勘探的有利區域。有利區的評價標準主要依據每口井位的關聯度值，作出其頻率的近似正態分布圖，再將圖中近似正態分布的拐點作為劃分有利區的主要依據[20]，計算得出砂巖孔隙度>7%，含氣飽和度>70%。據此標準共優選出3塊砂巖含氣量有利區，分別為：趙家坪鄉周邊的LX4-LX7井區域、圪垯上鄉周邊LX2-LX8以西區域和兔坂鎮LX1-TB05周邊區域(圖5)。

圖3 臨興地區砂巖孔隙度Fig. 3 Porosity of sandstone in Linxing area

圖5 臨興地區砂巖氣藏有利區預測Fig. 5 Prediction of favorable zone of sandstone gas reservoir in Linxing area

5 結論

1) 由于受到東部紫金山巖體的底辟和烘烤作用，臨興地區砂巖含氣量呈環繞紫金山巖體展布的特征，靠近東部邊界存在含氣量小于0.5 m3/t的地帶。東部賀家會和紫金山鼻狀構造帶受巖漿底辟和通天正斷裂破壞作用，含氣性較差，北部趙家坪地區附近砂巖含氣量較高。工區北部砂巖含氣量普遍高于南部，工區西部砂巖含氣量高于東部，呈“北高南低、西高東低”的分布規律。

2) 砂巖含氣量是一個受到多種因素影響的參數，這些影響因素與砂巖含氣量共同組成了一個灰色系統。利用灰色關聯法分析得出影響砂巖含氣量的主控因素為砂巖孔隙度和砂巖含氣飽和度，其次為蓋層的排替壓力，因此該區砂巖含氣量主要受儲層控制，其次受蓋層控制。

3) 根據砂巖含氣量主控因素分析結果，將砂巖儲層孔隙度大于7%及含氣飽和度大于70%的區域，優選出3塊砂巖含氣量有利區，分別為：趙家坪鄉周邊的LX4-LX7井區域、圪垯上鄉周邊LX2-LX8以西區域和兔坂鎮LX1-TB05周邊區域。

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CharacteristicsandItsMainControllingFactorsofSandstoneGasContentinLinxingArea

LI Xia, LIN Yuxiang, ZHAO Chengjin, XING Yongsheng, SHU Yong

(College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

The tight sandstone gas resources are abundant in Linxing area of the eastern margin of Ordos Basin. In order to pinpoint the main controlling factors of sandstone gas content in this area, six influence factors were analyzed by Grey correlation analysis, including sandstone porosity, gas saturation, buried depth of sandstone, displacement pressure of caprock, shale content and reservoir pressure. The results show that the correlation between sandstone gas content and its influence factors vary from 0.245 2 to 0.788 8 in Linxing area, indicating that all the above factors have a certain impact on gas content. The correlation between sandstone porosity and gas content is the highest (0.788 8)，followed by gas saturation (correlation degree 0.577 9). This means that the sandstone gas content in this area is mainly affected by sandstone porosity and sandstone gas saturation. Based on these results, three favorable areas for gas accumulation were optimized: The LX4-LX7 well area in Zhaojiaping town, the LX2-LX8 well area in the west of Gedashang town and the LX1-TB05 well area in the surrounding areas of Tuban town.

main controlling factors; gas content of sandstone; Grey correlation analysis; Linxing area；the eastern margin of Ordos basin

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2017-01-05

國家自然科學基金項目 (41172108); 國家油氣重大專項(2016ZX05041005; 2016ZX05001003)

李 夏(1993—)，男，湖北宜昌人，碩士研究生，主要從事天然氣成藏機理與模式方面的研究.

林玉祥(1963—)，男，山東臨清人，教授，博士生導師，主要從事油氣地質勘探研究工作，本文通信作者.

E-mail: sdkdlyx@126.com

P618

A

1672-3767(2018)01-0111-08

10.16452/j.cnki.sdkjzk.2018.01.011

呂海亮)